Perovskiittisten aurinkokennojen tehokkuuden parantaminen

Viimeaikaiset edistysaskeleet kokonaan perovskiitista valmistetuissa tandem-aurinkokennoissa ovat osoittaneet yli 30 %:n muuntohyötysuhteen.

Merkittävät optiset häviöt, erityisesti heijastuksista johtuva energian häviö, estävät kuitenkin näitä kennoja lähestymästä teoreettista 45 %:n hyötysuhderajaansa.

Chao Chenin johtama tutkimusryhmä Huazhongin tiede- ja teknologiayliopiston ehdotti äskettäin innovatiivista kaksoissahalaitaista rakennetta Frontiers of Optoelectronics -lehdessä.

Täysin perovskiitista valmistetut tandem-aurinkokennot koostuvat laajan kaistanleveyden (WBG) ja kapeamman kaistan (NBG) perovskiittikerroksista, jotka teoriassa mahdollistavat laajemman valon spektrin absorption.

Kuitenkin läses 11% fotoneista 300 nm - 1050 nm absorptioalueella heijastuu ennen absorptiota. Huomionarvoista on, että yli 20 %:n heijastuspiikkejä havaitaan 350 nm:n ja 950 nm:n aallonpituuksilla, mikä asettaa merkittävän haasteen hyötysuhteen parantamiselle.

Tutkimusryhmä suunnitteli jaksollisia sahalaitaisia rakenteita sekä kennon etu- että takarajapinnoille. Edessä oleva sahalaitainen rakenne: Toimii kuin mikrolinssiryhmä kohdistaen enemmän valoa WBG-kerrokseen. Takana oleva sahalaitainen rakenne: Laukaisee pintaplasmoniresonanssin infrapuna-alueella, vangitsemalla fotoneja NBG-kerrokseen toistuvien sisäisten heijastusten avulla.

Näiden kaksoisrakenteiden yhdistetty vaikutus pidentää merkittävästi kennon sisällä olevaa optista reittiä muodostaen valoloukun, joka helpottaa fotonien pääsyä sisään, mutta vaikeuttaa niiden karkaamista.

Kokeelliset tulokset osoittivat, että heijastuksista johtuva virranhäviö laski 18,3 prosenttia. Tämän odotetaan nostavan kokonaan perovskiitista valmistetuissa tandem-aurinkokennoissa hyötysuhdetta noin 31,13 prosenttiin, mikä vastaa 3,41 prosentin kasvua.

Pekingin kemiantekniikan yliopiston ja Linköpingin yliopiston yhteinen tutkimusryhmä esittelee puolestaan redox-energiaesteiden hallintastrategian, jolla parannetaan kapeakaistaisten tina-lyijy (Sn-Pb) perovskiitti-aurinkokennojen suorituskykyä.

Keskeinen innovaatio on 1,1′-bis(difenyylifosfino)ferroseenin (DPPF), organometallikompleksin, käyttö Sn²:n suojaamiseksi hapettumiselta ja passivointivirheiltä perovskiittikerroksessa.

Näin optimoitu ratkaisu saavuttaa 23,5 %:n tehonmuunnoshyötysuhteen ja muutkin arvot ovat Sn-Pb PerSC:iden parhaiden raportoitujen arvojen joukossa.

Edelleen yhdistettynä puoliläpinäkyvään, laajan kaistanleveyden omaavaan perovskiittisen alakennoon, neliterminaalinen, kokonaan perovskiitista valmistettu tandem-aurinkokenno saavuttaa 26,4 %:n PCE-arvon, mikä osoittaa strategian skaalautuvuuden tehokkaille moniliitoslaitteille.

Aiheesta aiemmin:

Innovatiivisia rajapintoja tehokkaille perovskiittisille aurinkokennoille

Perovskiittikennojen vakaus kolminkertaistui suojapinnoitteella

Kultaa ja perovskiittiä